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非中心對(duì)稱無機(jī)材料的理性設(shè)計(jì)因其固態(tài)反應(yīng)難以預(yù)測(cè)、對(duì)稱性破缺要求嚴(yán)苛而長(zhǎng)期面臨挑戰(zhàn)。盡管鈣鈦礦已被廣泛用作非中心對(duì)稱材料的結(jié)構(gòu)模板,但其反結(jié)構(gòu)——反鈣鈦礦體系卻仍待探索。
本文天津理工大學(xué)俞洪偉等人通過在中心對(duì)稱Na?Cl[MoO?]模板中引入Cs?和Cd2?離子,提出一種針對(duì)陰離子中心反鈣鈦礦的異質(zhì)陽離子策略,通過調(diào)控傳統(tǒng)BX?八面體,成功合成出極性鉬酸鹽Cs?NaCd?Cl?(MoO?)?。異質(zhì)陽離子亞晶格誘導(dǎo)顯著的八面體畸變,打破反演對(duì)稱性,并促使[MoO?]四面體定向排列,從而實(shí)現(xiàn)4.37 eV的寬禁帶、寬透光窗口(0.26–5.42 μm與6.25–10.46 μm)、二階非線性光學(xué)系數(shù)達(dá)KDP 20倍(d?? = 9.31 pm/V),并具備一致熔融特性,可生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶。
該工作揭示了異質(zhì)陽離子工程在陰離子中心框架中的潛力,為設(shè)計(jì)具有優(yōu)異非線性光學(xué)性能的非中心對(duì)稱與極性功能材料提供了范例。
研究亮點(diǎn):
提出異質(zhì)陽離子工程新策略:在陰離子中心的反鈣鈦礦模板中,利用Cs?與Cd2?的尺寸與電負(fù)性差異,成功誘導(dǎo)八面體畸變,實(shí)現(xiàn)對(duì)稱性破缺與結(jié)構(gòu)極化。
創(chuàng)紀(jì)錄的紅外透光性能:該鉬酸鹽晶體在0.26–5.42 μm與6.25–10.46 μm范圍內(nèi)具有寬透光窗口,是目前紅外截止邊超過10 μm的首例鉬酸鹽基非線性光學(xué)材料。
優(yōu)異的非線性光學(xué)綜合性能:晶體具備寬禁帶(4.37 eV)、強(qiáng)二階非線性系數(shù)(d??為KDP的20倍)、適中雙折射(Δn ≈ 0.034)以及一致熔融生長(zhǎng)特性,展現(xiàn)出在中紅外非線性光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
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Yang, S., Wu, H., Hu, Z. et al. Heterocationic strategy to design a nonlinear optical crystal with a polar anti-perovskite structure. Nat Commun (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-66293-8
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